吸收基本知识

1、吸收技术第五组 组长：卢圆圆 组员：吴志益 曹润虎 瞿宏凯 徐艳任务 常州亿化集团欲设计以设备，用于脱除混合于空气中的氨气。混合气的处理量如下，其中含有氨5%（体积分数），要求塔顶排放出的气体中氨的含量不超过0.05%（体积分数），采用清水进行吸收，已知氨在水中的溶解度系数为H=0.72Kmol/m3.kpa，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。体积吸收总系数Kga=0.0615G0.9.W0.39进行计算。 操作条件;常压，常温（20） 填料：自选 年生产时间：300天，24小时运行 第五组：3800m/h吸收过程的基本概念和基本知识 基本概念基本概念 吸收操作吸收操作：利用气体混合物中各组分

2、在该液体中溶解度的利用气体混合物中各组分在该液体中溶解度的差异，实现气相各组分的分离。差异，实现气相各组分的分离。 吸收质：气体中能溶于溶剂的组分称为用吸收质：气体中能溶于溶剂的组分称为用A表示表示； 吸收尾气：吸收塔顶排出的气体，主成分为吸收尾气：吸收塔顶排出的气体，主成分为B以及残余溶以及残余溶质质A 吸收液：吸收塔底引出的溶液称为吸收液，其成分为溶剂吸收液：吸收塔底引出的溶液称为吸收液，其成分为溶剂S和溶质和溶质A 惰性气体：基本上不溶于溶剂的组分统称。惰性气体可以惰性气体：基本上不溶于溶剂的组分统称。惰性气体可以是一种或多种组分。用是一种或多种组分。用B表示表示 A+B混合气即吸收尾气

3、 S溶剂 A+S叫吸收液 A溶质 B叫惰性气体 基础知识 相组成：混合物中两组分的物质量之比，称为摩尔比，可以用来表示相组成 溶解度：平衡状态下液相中的溶质的浓度称为气体在液体中的溶解度或平衡浓度 推动力：通常以气液两相的实际状态与相应的平衡状态的偏离程度表示吸收推动力 吸收剂、温度吸收剂、温度T、P 一定时，不同物质的溶一定时，不同物质的溶解度不同。解度不同。 对于同一种气体，分压一定时，温度对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，越高，溶解度越小。溶解度越小。 对于同一种气体，温度对于同一种气体，温度T一定时，分压一定时，分压P越越大，溶解度越大。大，溶解度越大。 加压加压和和降温降温对吸

4、收操作有利。对吸收操作有利。 亨利定律：亨利定律：（1 1）亨利定律内容）亨利定律内容： 当总压不高时，在一定温度下气液两相达到平衡时，稀溶液上方气体当总压不高时，在一定温度下气液两相达到平衡时，稀溶液上方气体溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比。（2 2）亨利定律表达式）亨利定律表达式： E：亨利系数，随物系而变化。当物系一定时，：亨利系数，随物系而变化。当物系一定时，E随温度而随温度而变化。变化。 温度升高，温度升高，E值增大，即气体的溶解度随温度的升值增大，即气体的溶解度随温度的升高而减小。由实验测定，一般易溶气体的高而减小。由实验测定

5、，一般易溶气体的E值小，难溶气体值小，难溶气体的的E值大值大。Hcp* （3 3）亨利定律其他表达形式）亨利定律其他表达形式：溶质在液相中的浓度用摩尔浓度表示（溶质在液相中的浓度用摩尔浓度表示（kmol/mkmol/m3 3），在气相中的浓度用分压表示：），在气相中的浓度用分压表示：式中式中 H溶解度系数，溶解度系数，kmol/（m3kPa）；）； c溶质在液相中的摩尔浓度，溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3 H值越大，溶解度越大值越大，溶解度越大。ECH mxy*（3 3）亨利定律其他表达形式：）亨利定律其他表达形式： 溶质在气液两相的浓度均用摩尔浓度表示溶质在气液两相的浓度均用摩尔浓度

6、表示 ： 式中式中 m相平衡常数，无因次；相平衡常数，无因次； y*相平衡时溶质在气相中的摩尔分数。相平衡时溶质在气相中的摩尔分数。 对于一定的物系，相平衡常数是温度和总压的函数。对于一定的物系，相平衡常数是温度和总压的函数。 当总压当总压P一定时，温度升高，一定时，温度升高，E值增大，值增大，m值也随之增大；值也随之增大； 温度一定时，总压温度一定时，总压P增大，增大，E值不变而值不变而m值减小。值减小。 可见：降温和加压有利于吸收，升温和减压有利于解吸。可见：降温和加压有利于吸收，升温和减压有利于解吸。 PEmx - 1x液相中溶质相液相中溶剂的摩尔数摩尔数X（3 3）亨利定律其他表达形式

7、：）亨利定律其他表达形式： 气液两相浓度均用摩尔比表示气液两相浓度均用摩尔比表示 ： y-1y数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数YXmmXY)1(1*mXY *当溶液浓度很低时，可简化为：当溶液浓度很低时，可简化为：dZdCDNAA 吸收传质机理：吸收传质机理：1.传质的基本方式传质的基本方式（1）分子扩散）分子扩散：物质在一相内部有浓度差异的条件下，由流体分子的无规则热运物质在一相内部有浓度差异的条件下，由流体分子的无规则热运动而引起的物质传递现象动而引起的物质传递现象。 菲克定律菲克定律式中式中 NA组分组分A的分子扩散速率，的分子扩散速率，kmol/(m2s)； CA组分组分A的浓

8、度，的浓度，kmol/m3； Z沿扩散方向的距离，沿扩散方向的距离，m； D扩散系数。表示组分扩散系数。表示组分A在介质在介质B中的扩散能力，中的扩散能力，m2/s。 D是物质的物理性质之一。值越大，表示分子扩散越快。是物质的物理性质之一。值越大，表示分子扩散越快。ND DdCdZAeA 吸收传质机理：吸收传质机理：1.传质的基本方式传质的基本方式（2）涡流扩散：）涡流扩散：在有浓度差异的条件下，物质通过湍流流体的传递过程。在有浓度差异的条件下，物质通过湍流流体的传递过程。涡流扩散速率比分子扩散速率大得多。涡流扩散速率比分子扩散速率大得多。（3）对流扩散：）对流扩散：湍流主体与相界面之间的涡流

9、扩散与分子扩散两种传质作湍流主体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散两种传质作用过程。用过程。De不是物质的物性常数，与湍动程度有关，且随位置而不同不是物质的物性常数，与湍动程度有关，且随位置而不同 吸收传质机理吸收传质机理2.双膜理论双膜理论 （1）双模理论模型）双模理论模型)(iGAppkN 吸收传质机理吸收传质机理 2.双膜理论双膜理论 （2）双模理论要点）双模理论要点 在气液两流体相接触处，有一稳定的分界面，叫相在气液两流体相接触处，有一稳定的分界面，叫相界面。在相界面两侧附近各有一层稳定的气膜和液膜。虚界面。在相界面两侧附近各有一层稳定的气膜和液膜。虚拟的层流膜层，吸收质以分子扩散方式通

10、过这两个膜层。拟的层流膜层，吸收质以分子扩散方式通过这两个膜层。 在两膜层以外的气、液两相分别称为气相主体与液在两膜层以外的气、液两相分别称为气相主体与液相主体。在气、液两相的主体中，吸收质的浓度基本上是相主体。在气、液两相的主体中，吸收质的浓度基本上是均匀的，即两相主体内浓度梯度皆为零。均匀的，即两相主体内浓度梯度皆为零。 在相界面处，吸收质在气、液两相中的浓度达成平在相界面处，吸收质在气、液两相中的浓度达成平衡，即界面上没有阻力。衡，即界面上没有阻力。 气体吸收速率方程气体吸收速率方程1.气相与界面的传质速率气相与界面的传质速率)(iyAyykN)(cckNiLA2.气相与界面的传质速率气

11、相与界面的传质速率)(xxkNixA1221LXVYLXVY传质系数传质系数kG、ky、kL、kx的数据只有根据具体操作条件由实验测的数据只有根据具体操作条件由实验测取，它与流体流动状态和流体物性、扩散系数、密度、粘度、传取，它与流体流动状态和流体物性、扩散系数、密度、粘度、传质界面形状等因素有关。质界面形状等因素有关。吸收塔的物料衡算与操作线方程吸收塔的物料衡算与操作线方程 目的：确定各物流之间的量的关系以及设备中任意位置两物料组成之确定各物流之间的量的关系以及设备中任意位置两物料组成之间的关系间的关系对单位时间内进出吸收塔的对单位时间内进出吸收塔的A的物的物 质量作衡算质量作衡算) ( )

12、 (212 1XX LY Y V 物料衡算物料衡算2211XVLYXVLY121211()YAV YYYVYY吸收率：混合气中溶质吸收率：混合气中溶质A 被吸收的百分率被吸收的百分率 LXVYLXVY11吸收塔的操作线方程式与操作线吸收塔的操作线方程式与操作线 对于对于逆流吸收逆流吸收： 为了得到塔内任意截面处相互接触的气液组成间的为了得到塔内任意截面处相互接触的气液组成间的关系，在关系，在 mn截面与塔底截面之间作组分截面与塔底截面之间作组分A的衡算的衡算)(11XVLYXVLYLXVYLXVY22 逆流吸收塔操作线方程逆流吸收塔操作线方程)(22XVLYXVLY在在mn截面与塔顶截面之间作

13、组分截面与塔顶截面之间作组分A的衡的衡算算表示：塔内任一截面的气相浓度表示：塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度与液相浓度X之间成直线关系，直线的斜率为之间成直线关系，直线的斜率为L/V。逆流吸收塔操作线方程逆流吸收塔操作线方程逆流吸收操作线具有如下特点：逆流吸收操作线具有如下特点：)(22XVLYXVLY （1）稳定态，）稳定态，L、V、Y1、X2恒定，操作线在恒定，操作线在XY坐标上坐标上为一直线，斜率为为一直线，斜率为L/V 。 L/V为吸收操作的为吸收操作的液气比液气比；（2）操作线通过塔顶（稀端）操作线通过塔顶（稀端） A （X2，Y2）及及塔底塔底 （浓端）（浓端） B （X1， Y

14、1）; （3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系统的平衡）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件关系、塔型及操作条件T、p无关。无关。 （4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线衡线OE下方。下方。 （5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；离平衡线愈远吸收的推动力愈大；对于并流操作VY+LX=VY2+ LX2并并流流逆逆流流mmYY 逆流与并流的比较：逆流与并流的比较：1）逆流推动力均匀，且）逆流推动力均匀，且2） Y1大，逆流时大，逆流时Y1与与X1在塔在塔 底相遇有利于提高底相遇有利于提高X1； X2小，逆流时小，逆流时Y2与与X2在塔在塔 顶相遇有利于降低顶相遇有利于降低Y2。吸收剂用量的确定min)(0 . 21 . 1 (VLVLmin VL1、最小液气比、最小液气比 最小液气比定义：最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。 用用 表示。表示。2*121minVXXY